서강대, 배터리의 핵심 '4성분계 수계 전해질' 개발

물로 구동하는 배터리

2차전지 개발 전환점 마련

[서울=뉴시스] 서강대 화공생명공학과 류재건 교수(왼쪽), 조연상 석박통합과정생(1저자). (사진=서강대 제공) 2025.12.18. [email protected] *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 서강대 화공생명공학과 류재건 교수 연구팀은 포항공대(POSTECH)·서울대 연구진과 협력해 차세대 수계 전해질을 새롭게 설계했다고 18일 밝혔다.

이 연구는 선형 아세트아마이드(Acetamide)와 환형 카프로락탐(ε-Caprolactam)을 조합한 '듀얼-아마이드(Dual-amide) 기반 4성분계 수계 전해질'을 개발한 것이다.

기존의 수계 전해질은 불연성·비휘발성·저비용 등의 장점이 있어 유기 전해질을 대체하는 차세대 리튬이온전지용 전해질로 주목받았다.

다만 물의 낮은 전기화학적 안정성으로 인해 충분한 전압(1.23V 이상)을 견딜 수 없고, 고전압 구동 시 수소 발생 반응이 생기는 본질적 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 전해질(AC22)은 현재까지 보고된 수계 리튬 이온 전지 중 가장 높은 사이클 수명 성능에 해당한다. 1시간 충·방전 조건에서 1200회의 사이클링 후에도 초기 용량의 82%를 유지한 것이다.

[서울=뉴시스] 듀얼-아마이드 기반 전해질의 용매화구조 변화(위), 1시간 충방전 장수명 성능 특성(아래). (사진=서강대 제공) 2025.12.18. [email protected] *재판매 및 DB 금지

아세트아마이드와 카프로락탐은 각기 다른 분자 구조와 유전 특성을 가지며 함께 사용할 경우 리튬 이온 주변의 용매화 구조를 정밀하게 조절할 수 있다.

이러한 설계로 선택적 음이온 분해를 유도해 불화리튬(LiF)이 풍부하고 균일한 고체 전해질 계면층(SEI)이 형성된다. 이 계면층은 전자 절연성과 기계적 유연성을 동시에 확보함으로써 수소 발생 반응을 억제하고 계면 안정성을 향상시킨다.

연구팀은 "수계 상용화의 주요 기술 장벽이던 수소 발생과 계면 불안정을 동시에 극복한 사례"라며 "향후 고안정성·고수명 2차전지 개발에 중요한 전환점을 마련할 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 국제학술지 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A(Journal of Materials Chemistry A)'에 게재됐으며 과학기술정보통신부·한국연구재단(NRF)과 한국도레이과학진흥재단의 지원을 받아 수행됐다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]